[发明专利]一种用于制备二维材料的方法

说明书

本发明提供了一种用于制备二维材料的方法，其包括：(1)：将衬底置于化学气相沉积系统中，高温退火衬底；(2)：将表面改性材料粘贴在经退火的衬底的表面上；(3)：将表面改性材料移除；(4)：将用于形成二维材料的物质与经表面改性处理的衬底依次放置于三温区化学气相沉积系统的第一温区、第二温区与第三温区，形成二维材料；(5)：停止氧气的通入，停止加热，自然降温至室温取出样品；(6)：将二维材料与衬底分离，得到目标产物。本发明可实现二维材料与衬底轻松剥离，避免引入污染物与缺陷，有效保证了样品的质量。

技术领域

本发明涉及一种用于制备二维材料的方法，特别涉及一种具有与衬底的弱结合力的二维材料的制备方法。

背景技术

自从2004年石墨烯被发现以来，二维材料引起了研究人员的广泛关注。其中，过渡族金属硫属化合物作为二维半导体材料，由于具有单原子层的厚度以及优异的物性，成为构筑下一代小型化、柔性化、透明化的电子学与光电子学器件的理想材料。

过渡族金属硫属化合物具有广泛的电学用途，特别是二硫化钼，其为一种典型的过渡族金属硫属化合物，具有很高的热稳定性与化学稳定性，良好的机械强度、柔韧性与透明度，并且单层二硫化钼具有2.1电子伏特的直接带隙，适用于制备电子学与光电子学器件。目前，人们已经通过化学气相沉积、物理气象传输、分子束外延、原子层沉积和磁控溅射等方法，实现了晶圆级尺寸二硫化钼单层薄膜的制备。

但是，要想实现单层二硫化钼的实际应用，通常需要先将该薄膜从原始生长的衬底上剥离下来，然后转移到带有介电层的目标衬底上，以备后期器件加工之需。然而，由于二维材料与原始生长的衬底之间具有较强的结合力，将大面积的二维材料从衬底上无损地剥离下来十分困难，这也限制了其大规模的应用，因此大面积二维材料的无损转移一直以来都是一个亟待解决的科学问题。

目前最常用的二维材料转移方法是利用碱性溶液腐蚀衬底，达到二维材料与衬底剥离的目的。然而，该方法中样品长时间浸泡在溶液当中，不可避免的引入污染物与缺陷，使得样品质量降低。

因此，寻求一种二维材料的新的制备方法，以实现降低二维材料与衬底结合力，从而可以缩短样品在溶液中腐蚀的时间，甚至可以无需溶液参与，只利用水辅助进行样品转移，从而有效保证样品的质量。

发明内容

鉴于上述问题，根据本发明的一种具体实施方式，本发明提供了一种用于制备二维材料的方法，其有效降低二维材料与衬底结合力，因此产生的二维材料可以非常容易地与衬底完整分离，具体地，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)：将衬底置于化学气相沉积系统中，通入氩氧混合气或者高纯氧气，高温退火所述衬底，使所述衬底产生周期性的台阶；

步骤(2)：将表面改性材料粘贴在所述经退火的衬底的表面上，对其进行表面改性处理；

步骤(3)：将所述表面改性材料从所述经表面改性处理的衬底的表面移除；

步骤(4)：将用于形成所述二维材料的物质与所述经表面改性处理的衬底依次放置于三温区化学气相沉积系统的第一温区、第二温区与第三温区，形成所述二维材料；

步骤(5)：所述二维材料生长完成后停止氧气的通入，三个温区均停止加热，自然降温至室温取出样品；

步骤(6)：将所述二维材料与所述衬底分离，得到目标产物。

根据本发明的一个优选的实施例，所述衬底为蓝宝石、硅、二氧化硅、玻璃、石英、云母中的一种。

根据本发明的一个优选的实施例，所述退火温度为900℃-1000℃。

根据本发明的一个优选的实施例，所述表面改性材料为聚二甲基硅氧烷。